摘  要： 针对广州地铁三号线三改六列车重联运营初期频繁出现的非激活单元车无法开门故障， 从故障触发时的数据记录、正线信号追踪、逻辑功能判定及力学分析等多方面进行调查分析，最终通过修改车辆控制单元软件中关于零速信号的逻辑参数使故障得以根本解决。

关键词： 地铁列车； 零速信号； 全自动车钩； 故障

 

      广州地铁三号线三改六列车 （两个三节编组列车通过全自动车钩联挂实现六节大编组商业运营， 此处定义一个三节编组为一个单元车， 激活司机室的单元车为激活单元车，反之则为非激活单元车）在重联运营初期，正线曾多次出现非激活单元车在 ATO（自动驾驶模式）下无法自动开门故障，出现该故障时司机通常需要转为人工模式开门，延误时间较多，对运营安全和服务质量产生了较大的影响。

 

      故障触发的前提条件：ATO 模式下，列车停稳且对标无误。

      故障具体现 象： 列车停稳 并由 车 载 信 号 设 备（VOBC）发出开门指令后，非激活单元车的部分或所有车门实际并未开启，车辆屏 HMI 显示的反馈状态与车门的实际状态一致。

 

      1）无故障代码。 回库读取车门数据，没有“DC4，制动器未解锁”或“DC43，车门锁紧装置故障”等与无法开门相关的故障代码。

      2）故障解除。 司机操作开门按钮（人工给出开门指令）便可消除故障，实现联动开门。

      3）故障没有固定的车次、区间、站台及时间点，较难寻找规律。

 

      根据三号线列车车门控制原理，门控单元（EDCU）需同时收到零速信号、 开门使能信号和开门信号才能执行开门过程，如图 1 所示。

      分析认为非激活单元无法开门的原因主要与以下两方面有关： 1）EDCU 内部模块故障， 无开门指令输出；2）开门时序执行之前，并没有满足开门三要素。

      针对上述第一种情况，分部将出现过此故障的 EDCU与其它车上状态良好的 EDCU 进行互换跟踪，互换后故障没有转移，更换状态良好 EDCU 的列车仍会出现无法开门现象，故初步认为该问题与 EDCU 模块本身无关。

      2010 年 8 月广州市地下铁道总公司召集总包商西门子公司及车门供应商 IFE 公司进行了三方会议，确定了从零速信号、 门使能信号和开门信号的输入输出反馈状态入手进行故障分析与调查。

      选取 03A016 车 2# 门的主门控单元作为载体进行正线跟踪监测：在故障发生时主门控单元（MDCU）收到了开门使能信号（I01）、零速信号（I02，低电平有效）及开门信号（I04）。 根据开门控制原理，当开门指令的信号脉宽≥50 ms，MDCU 便会释放制动器， 令电机正转，执行开门。 而故障时的开门信号脉宽达 1 s，但车门仍未开启。

      由于 MDCU 没有命令制动器解锁， 门关到位行程开关 S1 没有动作，车门安全互锁回路为锁闭状态。 通过信号追踪 TRACO 也可看出，此时车辆控制单元（VCU）并未收到门已打开的反馈信息，如图 2 所示，同侧 4# 门、6#门、8# 门均已开启，反馈电平均同步跳变，而 2# 门却没有打开，电平也延时跳变，跳变的原因为司机手动开门。

      通过对监测数据的收集和分析， 决定继续将调查重点放在开门三要素上，具体如下：

      1） 对开门信号的评估确认。列车 ATO 进站后，开门指令由车载信号设备 VOBC 给出，且电压值在 110 V 左右。 为确保 DIAG3.0 监控软件对开门信号监控的准确性，特模拟正线情况，用直流稳压电源给 EDCU 输入电压等级不同的开门信号（脉宽为 1s）。 经测试证明，在开门信号电压为 40~130 V 之间车门均能够顺利打开，同时 DIAG3.0 软件有开门后的反馈，故判断认为车门无法开启时并未丢失开门信号。

      2） 对门使能信号的评估确认。 在 ATO 模式下使能信号同样由 VOBC 给出， 从图 2 可看出开门使能信号I01 的状态无异常。 在开门信号正常的前提下如开门使能信号丢失，使能继电器 K2 将无法得电，进而使外部安全继电器 K1 失电，中断制动离合器的释放回路。出现此问题，系统通常会报“DC4，车门在 3 s 内未解锁”的故障代码，但正线无法开门时却没有故障代码记录，故使能信号丢失的可能性也暂时排除。

      3） 对零速信号的评估确认 。 广州地铁三号线EDCU 通过硬连线和 MVB 总线来采集零速信号，只有二者的取值同时为零时，EDCU 才判定零速信号有效。其逻辑关系如图 3 所示。

      随后通过正线追踪 VCU 零速反馈信号 （当零速时，反馈信号为高电平 1，并在输入至 EDCU 时取反）发现列车在故障时间点硬线零速反馈信号置 1， 但总线零速反馈信号瞬时跳变置 0 （见图 4）， 即输入至EDCU 为 1。

      由于在 VOBC 给出开门信号时， 总线零速为 1 且与硬线零速不一致，导致 EDCU 对零速信号的判定无效，从而无法执行开门。

 

      根据全自动车钩连挂特性， 分析列车停稳后总线零速反馈信号跳变置 0 的原因如下。

      1）软件因素。 列车控制诊断系统对总线零速反馈信号的逻辑判定（见图 5）为：列车制动时，VCU 检测到牵引系统的反馈速度下降至 v<0.3 km/h，信号$AKV0Z经 500 ms 延时后由 0 跳变置 1， 此为零速反馈信号；当列车由静止状态施加牵引时， 牵引系统的反馈速度v>0.5 km/h 后，信号$AKV0Z 由 1 跳变置0，此为非零速反馈信号。

      故障时 VCU 检测到$AKV0Z 信号为低电平 0，说明此时车速 v>0.5 km/h。

      2）客观因素。 当列车进站停车时，由于激活单元和非激活单元的载客量大小、 制动力分配等变量难以达到完全的统一，故速度有可能不会同时下降至零，即停稳瞬间两个单元车存在相对运动。 而全自动车钩虽理论上是密接车钩，但由于机械加工精度所限，实际的连挂部件仍存在物理间隙， 此物理间隙会吸收相对运动所产生的位移量，如位移量大于车钩物理间隙，则将由车钩缓冲装置吸收剩余位移产生的能量。 即当激活单元车停稳（v 为零时）后，非激活单元车如仍未停稳，则两个单元车将分别受到车钩缓冲装置的等值反向推力（见图 6）。 由于激活单元车速度已先降至零，保压制动优先施加，反作用力 F₂将不会促使激活单元车产生位移/速度，而非激活单元车速度还未下降至零，保压制动未施加完毕，故其将受到反向推力 F₁的作用而产生速度 v₁。

      当反向速度 v₁>0.5 km/h 时，根据 VCU 的总线逻辑原理，信号$AKV0Z 将由 1 跳变置 0，并将此非零速信号输出至 EDCU，导致 EDCU 判定零速信号无效，无法执行开门。

      综上所述，在载客量、制动力分配、车钩物理属性等多方面的影响下，触发 VCU 软件总线非零速的逻辑反馈信号是导致非激活单元无法开门的根本原因。

      进一步分析 总线零速的 检测逻 辑 ， 反 馈 信 号$AKV0Z 电平跳变是以 0.3 km/h 和 0.5 km/h 为临界点的，即 v<0.3 km/h 为零速，v>0.5 km/h 为非零速。 相比硬线零速信号（v<2 km/h 为零速）来说，跳变基准更为精确， 这样将导致 VCU 对车速的信号采集过于敏感，增加零速反馈信号跳变的几率。

      对此， 供货商西门子公司对这方面的检测逻辑进行了修改和完善， 用另一个零速反馈信号$AKV0L（VCU 逻辑架构中的零速有多种取值， 用以满足各系统的需求）取代原总线零速反馈信号$AKV0Z，同时在输入至 EDCU 之前取反逻辑，如图 7 所示。

      经过上述信号替换，在列车由静止牵引时，一旦速度 v>2 km/h，$AKV0L 信号将从 0 跳变为 1， 此为零速反馈信号，由于此信号输入至 EDCU 前取反逻辑后变为 0，EDCU 判定零速信号无效，即当列车在静止后再次启动时，只有当速度 v>2 km/h 后才会被系统检测为非零速，较修改前 v>0.5 km/h 的跳变基准有所放宽，通过此方法降低了系统对非零速检测的敏感程度， 进而保证了非激活单元车产生微小的反向速度时， 系统仍认为列车在零速状态，可以正常开门。

      经过几个月的故障攻关和技术研讨， 最终通过对VCU 软件的修改，解决了广州地铁三号线三改六列车正线非激活单元无法自动开门问题， 保障了列车质量和运营安全。

 

[1] 王笃学，冯维明﹒理论力学[M]﹒上海：上海交通大学出版社，2003﹒

[2] 王 鼎，王桂琴﹒电工电子技术[M]﹒北京：机械工业出版社，2006﹒

[3] 朱士友. 车辆检修工[M]. 北京：中国劳动社会保障出版社，2009﹒

[4] 西门子（中国）有限公司﹒SIBAS-G-Reader 逻辑功能描述[G]﹒北京：西门子（中国）有限公司，2009﹒

[5] 西门子（中国）有限公司﹒广州地铁三号线车辆维护手册[G]﹒北京：西 门子（中国）有限公司，2006﹒